半导体物理学-chap2解读.ppt

正、负电荷所处介质的介电常数为： Impurity-doped Silicon 估算结果与实际测 量值有相同数量级 Ge： △ED ～ 0.0064 eV Si: △ED ～ 0.025 eV Impurity-doped Silicon 2.1.5杂质的补偿作用 当NDNA时 n= ND-NA ≈ ND，半导体是n型的 当NDNA时 p= NA-ND ≈ NA，半导体是p型的 当ND≈NA时 补偿半导体 有效杂质浓度 补偿后半导体中的净杂质浓度。 2.1.6深能级杂质 非Ⅲ、Ⅴ族杂质在Si、Ge的禁带中产生的施主能级远离导带底，受主能级远离价带顶。杂质电离能大，能够产生多次电离 特点 多为替位式杂质 硅、锗的禁带中产生的施主能级距离导带底、受主能级距离价带顶较远，形成深能级，称为深能级杂质。 深能级杂质能够产生多次电离，每次电离均对应一个能级。 （1）浅能级杂质 （2）深能级杂质 △E D≮Eg △EA≮Eg △E D △EA EA E D E D EA Ec Ec Ev Ev △EDEg △EAEg Impurity-doped Silicon E D EA 在元素半导体中的替位受主和施主 Impurity-doped Silicon 例1：Au（Ⅰ族）在Ge中 Au在Ge中共有五种可能的状态： （1）Au+； （2） Au0 ； （3） Au一 ； （4） Au二 ； （5） Au三。 Impurity-doped Silicon （1）Au+： Au0 – e Au+ Impurity-doped Silicon Eg EC EV ED (2)Au0 电中性态 Impurity-doped Silicon （3） Au一： Au0 + e Au一 Impurity-doped Silicon EC EA1 EV （4） Au二：Au一 + e Au二 EV Impurity-doped Silicon EC EA2 EA1 △E= （5） Au三： Au二 + e Au三 EC △E= EA3 EA2 EA1 EV Impurity-doped Silicon 金是I族元素 故可失去一个电子，施主能级略高于价带顶； 也可得到三个电子，形成稳定的共价键结构。但由于库仑力的排斥作用，后获得电子的电离能大于先获得电子的电离能。即EA3EA2EA1。 金在Ge中存在ED、 EA3、EA2、EA1四个孤立能级。 2.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物中的杂质能级 杂质在砷化镓中的存在形式 1）取代砷 2）取代镓 3）填隙 I族元素 一般为引入受主能级，如银受主能级为（Ev+0.11）ev，（Ev+0.238）ev；金受主能级为（Ev+0.09）ev；替位式铜受主能级为（Ev+0.14）ev，（Ev+0.44）ev等 II族元素 价电子比III族元素少一个，有获得一个电子完成共价键的倾向。通常取代III族原子位于格点上，表现为受主杂质。 III，V族元素 掺入不是由他们本身形成的III-V族化合物，实验中测不到杂质影响。是电中性杂质，在禁带中不引入能级。 等电子陷阱 （1）等电子杂质 特征：a、与本征元素同族但不同原子序数 例：GaP中掺入Ⅴ族的N或Bi b、以替位形式存在于晶体中，基本上是电中性的。 等电子杂质（如N）占据本征原子位置（如GaP中的P位置）后 存在着由核心力引起的短程作用力，它们可以吸引一个导带电子（空穴）而变成负(正）离子，前者就是电子陷阱，后者就是空穴陷阱。 N NP 1、N在GaP中：NP 2、C在Si中：CSi 其存在形式可以是 （1）替位式 （2）复合体，如 Zn-O 在磷化镓中，Zn原子代替Ga原子位置，O原子代替P原子位置，当两个杂质原子处于相邻晶格点时，形成一个电中性的Zn-O络合物 等 电 子 陷 阱 举 例 束缚激子 即等电子陷阱俘获一种符号的载流子后，又因带电中心的库仑作用又俘获另一种带电符号的载流子，这就是束缚激子。 举例